KR20230168882A - Data Interoperating Method of Enterprise and Control Applications via Asset Administration Shell - Google Patents

Data Interoperating Method of Enterprise and Control Applications via Asset Administration Shell Download PDF

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KR20230168882A
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홍승호
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Abstract

사이버-물리 시스템에서 엔터프라이즈 애플리케이션, 제어 기능 및 물리적 제조 자산은 상호 연결되어 정보를 원활하게 교환한다. 그러나 소프트웨어와 하드웨어는 종종 데이터 인터페이스, 데이터 형식 및 의미 측면에서 다르다. 기존 엔터프라이즈 애플리케이션은 일반적으로 파일 기반 인터페이스(예: Excel)를 사용한다. 제어 애플리케이션은 항상 이더넷 기반 프로토콜(예: OPC UA)을 지원한다. 따라서 현재 데이터 상호 운용성이 부족하다. AAS(자산관리쉘)는 AASX 데이터 형식이 AAS 정보를 나타내고 OPC UA를 통한 데이터 통신을 지원하므로 자동화 피라미드 전체에서 데이터 상호 운용성을 달성하기 위한 새로운 접근 방식이다. 본 발명은 먼저 AASX 형식에 대한 통찰력을 제공하고 AASX에 대한 예시적인 응용 프로그램을 제공한 후, 엔터프라이즈 및 제어 응용 프로그램 간의 양방향 데이터 교환을 위한 AASX 기반 솔루션을 제시한다. 본 발명에 따른 솔루션에서는 AASX와 Excel 스프레드시트 간의 변환이 완료되어 상호 운용 가능한 데이터 교환이 가능하다. 마지막으로 솔루션의 효율성을 검증하기 위해 모터 제어를 위한 데이터 교환 시나리오가 구성된다. 그 결과는 양방향 변환 중에 손실된 데이터가 없음을 보여준다.In cyber-physical systems, enterprise applications, controls, and physical manufacturing assets are interconnected and exchange information seamlessly. However, software and hardware often differ in terms of data interfaces, data formats, and semantics. Existing enterprise applications typically use file-based interfaces (e.g. Excel). Control applications always support Ethernet-based protocols (e.g. OPC UA). Therefore, there is currently a lack of data interoperability. Asset Management Shell (AAS) is a new approach to achieve data interoperability across the automation pyramid as the AASX data format represents AAS information and supports data communication over OPC UA. The present invention first provides insight into the AASX format and provides example applications for AASX, and then presents an AASX-based solution for bidirectional data exchange between enterprise and control applications. In the solution according to the invention, conversion between AASX and Excel spreadsheets is completed, enabling interoperable data exchange. Finally, a data exchange scenario for motor control is constructed to verify the effectiveness of the solution. The results show that no data is lost during the two-way conversion.

Description

자산관리쉘을 통한 엔터프라이즈 및 제어 애플리케이션 간의 데이터 상호 운용 방법{Data Interoperating Method of Enterprise and Control Applications via Asset Administration Shell}Data Interoperating Method of Enterprise and Control Applications via Asset Administration Shell}

본 발명은 데이터 상호 운용 기술에 관한 것으로서, 상세하게는 기업(엔터프라이즈)과 제어 애플리케이션 간의 양방향 무손실 정보 교환이 가능한 AASX 기반 솔루션에 관한 것이다. The present invention relates to data interoperability technology, and more specifically, to an AASX-based solution capable of two-way lossless information exchange between an enterprise (enterprise) and a control application.

사물인터넷(IoT)과 사이버 물리 시스템(CPS)은 4차 산업혁명 시대에 많은 사용자와 애플리케이션 요구사항을 충족하는 핵심 기술로 부상했다. 제조 작업이 작업장에서 사무실로 그리고 전체 엔터프라이즈 네트워크를 통해 디지털화되고 분산될 것이다. 전통적인 제조 시스템은 바뀌어야 한다.The Internet of Things (IoT) and Cyber Physical Systems (CPS) have emerged as core technologies that meet the needs of many users and applications in the era of the Fourth Industrial Revolution. Manufacturing operations will be digitized and distributed from the shop floor to the office and across the entire enterprise network. Traditional manufacturing systems must change.

생산 수명 주기 전체에 걸친 제품, 프로세스 및 자원(PPR)의 모델링, 시뮬레이션 및 통합은 제조 효율성을 높이기 위한 유망한 접근 방식이다. 다양한 제조업체와 공급업체의 센서, 기계 및 제어 시스템(애플리케이션 또는 소프트웨어)과 같은 제조 자산은 생산 중에 대량의 데이터를 생성한다. 시스템 통합업체 또는 발전소 운영자는 의사결정을 지원하는 상위 수준의 기업 시스템에 데이터를 통합하기 위해 상당한 노력을 기울여야 한다. Modeling, simulation, and integration of products, processes, and resources (PPR) throughout the production life cycle are promising approaches to increase manufacturing efficiency. Manufacturing assets such as sensors, machines, and control systems (applications or software) from various manufacturers and suppliers generate large amounts of data during production. System integrators or power plant operators must expend significant effort to integrate data into higher-level enterprise systems that support decision making.

제조 데이터는 다양한 형태로 표현 및 저장될 수 있으며 이는 제어 시스템과 엔터프라이즈 응용프로그램 간의 효율적이고 투명한 데이터 전송을 방해한다. 특히 산업용 제어 시스템은 종종 런타임 데이터 통신을 지원하는 개방형 플랫폼 통신 통합 아키텍처(OPC UA)와 같은 이더넷 기반 인터페이스를 가지고 있다. ERP(전사적 자원 관리 시스템)와 같은 기존 엔터프라이즈 애플리케이션은 일반적으로 CSV(쉼표로 구분된 값) 파일 및 Microsoft Excel 스프레드시트와 같은 파일 기반 방법을 사용하여 데이터를 통신한다. 파일은 두 개의 다른 응용 프로그램 사이에서 직접(엔드 투 엔드) 또는 중간 데이터 허브를 통해 간접적으로 교환된다. 데이터 교환은 종종 오프라인에서 이루어지기 때문에 시간이 많이 걸리고 오류가 발생하기 쉽다.Manufacturing data can be represented and stored in a variety of formats, which hinders efficient and transparent data transfer between control systems and enterprise applications. In particular, industrial control systems often have Ethernet-based interfaces such as Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) to support runtime data communication. Traditional enterprise applications, such as enterprise resource planning systems (ERP), typically use file-based methods such as comma-separated values (CSV) files and Microsoft Excel spreadsheets to communicate data. Files are exchanged between two different applications either directly (end-to-end) or indirectly through an intermediate data hub. Data exchange often takes place offline, which is time-consuming and error-prone.

더욱이, 최종 애플리케이션은 동일한 파일 기반 인터페이스를 가져야 하며, 이는 상당한 시스템 개발을 필요로 한다. 데이터 동질성(모든 사용자가 이해할 수 있는 일관된 의미론적 생산 데이터)은 모든 엔지니어링 체인 참가자의 요구를 충족시키기 위해 필수적이다. 데이터 수집은 간단해야 하며 신속하고 선택적으로 정보에 접근할 수 있어야 한다. 따라서, 간편한 데이터 통합, 포괄적인 의미 데이터 균질화, 상황별 정보 전달, 데이터 흐름의 완전한 접근 및 제어를 보장하는 데이터 상호 운용성 솔루션이 업계에 필요하다.Moreover, the final application must have the same file-based interface, which requires significant system development. Data homogeneity (consistent semantically produced data that can be understood by all users) is essential to meet the needs of all engineering chain participants. Data collection should be simple and allow rapid and selective access to information. Therefore, the industry needs data interoperability solutions that ensure easy data integration, comprehensive semantic data homogenization, contextual information delivery, and full access and control of data flows.

최근에 현장 제조 자원을 모델링하기 위해 디지털 트윈(DT)을 사용함으로써 데이터 상호 운용성이 향상되었다. DT의 실제 예인 Industry 4.0 자산관리쉘(AAS)은 데이터를 검색, 식별 및 액세스할 수 있게 함으로써 제조 회사의 애플리케이션 간의 상호 운용성을 촉진할 수 있다. AASX는 AAS를 나타내는 패키지 파일 형식이다. 현장 하드웨어 자산을 위한 AASX 인터페이스는 이전에 개발되었다. Recently, the use of digital twins (DTs) to model field manufacturing resources has improved data interoperability. Industry 4.0 Asset Management Shell (AAS), a practical example of DT, can promote interoperability between a manufacturing company's applications by making data searchable, identifiable, and accessible. AASX is a package file format that stands for AAS. The AASX interface for field hardware assets was previously developed.

많은 연구자들이 산업 응용 또는 엔지니어링 도구 간의 데이터 교환에 대해 연구했다. 예를 들어, 자동화 마크업 언어(AutomationML)는 다양한 분야의 이기종 최신 엔지니어링 도구를 연결하는 중립 데이터 형식이다. AutomationML은 실제 플랜트 구성 요소를 다양한 세부 수준으로 설명한다. 그러나 데이터 의미론은 많은 관심을 받지 못했다. AutomationML은 주로 플랜트 수명 주기의 엔지니어링 단계에 중점을 둔다. MTConnect 데이터 교환 표준은 공장 현장 장비의 데이터 모델을 고안하기 위해 도메인별 어휘를 사용한다. 그러나 MTConnect는 주로 공작 기계 구성 요소의 데이터를 모니터링하는데 사용되는 읽기 전용 프로토콜이다. 따라서 AutomationML과 MTConnect 모두 서로 다른 응용 프로그램 간의 데이터 상호 운용성을 증명할 수 없다.Many researchers have studied data exchange between industrial applications or engineering tools. For example, Automation Markup Language (AutomationML) is a neutral data format that connects heterogeneous modern engineering tools from various fields. AutomationML describes real plant components at various levels of detail. However, data semantics has not received much attention. AutomationML primarily focuses on the engineering phase of the plant life cycle. The MTConnect data exchange standard uses a domain-specific vocabulary to devise data models for factory floor equipment. However, MTConnect is a read-only protocol primarily used to monitor data from machine tool components. Therefore, neither AutomationML nor MTConnect can prove data interoperability between different applications.

학술 연구에서 AASX는 AAS의 데이터 표현 및 교환 형식으로 널리 사용된다. AASX가 AAS의 공식 데이터 형식이 될 가능성이 높다. IEC 프로젝트 63278-1은 AAS의 국제 표준을 개발하는 것을 목표로 하는 반면, 다른 연구에서는 AAS 구현을 위한 경량 소프트웨어 프레임워크(AAS 사양에 따라)를 설명했다. AASX는 그러한 구현을 보여주는 데 사용되었다. 마지막으로 AAS 구현을 위한 오픈 소스 솔루션을 종합적으로 분석하고 AASX 기반 AAS를 임베디드 장치에 구현할 수 있는 방법을 제시하여 컴퓨팅 요구 사항을 크게 줄였다. 그러나 위의 연구는 AASX를 사용하는 응용 프로그램 간의 데이터 교환 시나리오보다는 AASX 자체에만 집중했다.In academic research, AASX is widely used as the data representation and exchange format for AAS. It is likely that AASX will become the official data format of AAS. IEC project 63278-1 aims to develop an international standard for AAS, while other studies have described a lightweight software framework for AAS implementation (based on the AAS specification). AASX was used to demonstrate such an implementation. Finally, we comprehensively analyzed open source solutions for AAS implementation and presented a method for implementing AASX-based AAS in embedded devices, significantly reducing computing requirements. However, the above study only focused on AASX itself rather than data exchange scenarios between applications using AASX.

AASX 지원 데이터 교환 솔루션 제안에 초점을 맞춘 연구는 소수에 불과하다. 예를 들어, 한 연구는 두 가지 다른 소프트웨어 도구에 대한 AAS 모델을 개발했다. AASX는 통합을 위해 사용되었으며 다른 연구는 AASX를 사용하여 독점 ABB 능력 정보 모델을 표준 AAS 정보 모델에 매핑했다. There are only a few studies that focus on proposing AASX-enabled data exchange solutions. For example, one study developed AAS models for two different software tools. AASX was used for integration and another study used AASX to map the proprietary ABB capability information model to the standard AAS information model.

또한 다른 연구에서 AASX는 기업 간 엔지니어링 데이터 세트를 관리하기 위한 데이터 AAS를 개발하는 데 사용되었다. 이러한 연구는 다양한 데이터 상호 운용성 문제를 해결하기 위한 AASX의 채택을 촉진한다. 그러나 기업과 제어 응용 프로그램 간의 일관된 데이터 교환을 가능하게 할 뿐만 아니라 필드 장치의 제어까지 확장할 수 있는 일반적인 AASX 지원 데이터 상호 운용성 솔루션을 설계하는 것은 매우 중요하다.Additionally, in another study, AASX was used to develop a data AAS for managing cross-enterprise engineering data sets. This research promotes the adoption of AASX to solve various data interoperability problems. However, it is very important to design a generic AASX-enabled data interoperability solution that not only enables consistent data exchange between enterprise and control applications, but can also extend to control of field devices.

본 발명은 상술한 상황을 감안하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 기업과 제어 애플리케이션 간의 양방향 무손실 정보 교환이 가능한 AASX 기반 솔루션을 제공하는 것이다. The present invention was created in consideration of the above-mentioned situation, and the purpose of the present invention is to provide an AASX-based solution capable of two-way lossless information exchange between an enterprise and a control application.

이를 위해, 본 발명에 따른 방법은 산업 제조 시스템에서 수행되는 엔터프라이즈 애플리케이션과 제어 애플리케이션 간의 데이터 상호 운용 방법으로서, 제어 시스템의 제어 애플리케이션이 현장 자산의 데이터를 수집하는 단계와, 상기 수집한 현장 자산의 데이터를 AASX 패키지 탐색기를 사용하여 AASX 파일로 변환하는 단계와, 상기 AASX 파일을 웹 변환 도구를 이용하여 엔터프라이즈용 파일 데이터로 변환하는 단계와, 상기 엔터프라이즈용 파일 데이터를 엔터프라이즈 시스템의 엔터프라이즈 애플리케이션으로 전송하는 단계를 포함한다. To this end, the method according to the present invention is a data interoperability method between an enterprise application and a control application performed in an industrial manufacturing system, comprising the steps of the control application of the control system collecting data of field assets, and the collected data of field assets. Converting the AASX file to an AASX file using an AASX package explorer, converting the AASX file to enterprise file data using a web conversion tool, and transmitting the enterprise file data to an enterprise application of an enterprise system. Includes.

본 발명에 따른 방법은 산업 제조 시스템에서 수행되는 엔터프라이즈 애플리케이션과 제어 애플리케이션 간의 데이터 상호 운용 방법으로서, 엔터프라이즈 시스템의 엔터프라이즈 애플리케이션이 엔터프라이즈용 파일 데이터를 출력하는 단계와, 상기 엔터프라이즈용 파일 데이터를 웹 변환 도구를 이용하여 JSON 파일로 변환하는 단계와, 상기 JSON 파일을 AASX 패키지 탐색기를 사용하여 AASX 파일로 변환하는 단계를 포함한다. The method according to the present invention is a data interoperability method between an enterprise application and a control application performed in an industrial manufacturing system, comprising the steps of an enterprise application of an enterprise system outputting enterprise file data, and converting the enterprise file data to a web conversion tool. It includes converting the JSON file to a JSON file using an AASX package explorer.

본 발명에 따른 방법은 산업 제조 시스템에서 수행되는 엔터프라이즈 애플리케이션과 제어 애플리케이션 간의 데이터 상호 운용 방법으로서, 상기 제어 애플리케이션에 의해 수집된 현장 자산의 데이터를 AASX 패키지 탐색기를 이용하여 AASX 파일로 생성하는 단계와, 상기 AASX 패키지 탐색기를 이용하여 상기 AASX 파일을 JSON 파일로 변환하여 웹 변환 도구로 업로드하는 단계와, 상기 웹 변환 도구를 이용하여 상기 JSON 파일에 있는 AASX 모델의 모든 요소를 구문 분석한 후 엑셀 템플릿을 기반으로 엑셀 파일을 생성하여 상기 엔터프라이즈 애플리케이션으로 출력하는 단계를 포함한다.The method according to the present invention is a data interoperability method between an enterprise application and a control application performed in an industrial manufacturing system, comprising the steps of generating field asset data collected by the control application as an AASX file using an AASX package explorer; Converting the AASX file to a JSON file using the AASX package explorer and uploading it to a web conversion tool, parsing all elements of the AASX model in the JSON file using the web conversion tool, and then converting the Excel template to an Excel template. It includes the step of generating an Excel file based on the data and outputting it to the enterprise application.

본 발명에 따른 방법은 산업 제조 시스템에서 수행되는 엔터프라이즈 애플리케이션과 제어 애플리케이션 간의 데이터 상호 운용 방법으로서, 엔터프라이즈 애플리케이션에서 출력된 엑셀 파일이 웹 변환 도구로 업로드되는 단계와, 상기 웹 변환 도구를 이용하여 상기 엑셀 파일을 파싱한 후 직렬화를 수행하여 JSON 파일을 AASX 패키지 탐색기로 출력하는 단계와, 상기 AASX 패키지 탐색기를 이용하여 상기 JSON 파일을 AASX 파일로 변환하는 단계를 포함한다. The method according to the present invention is a data interoperability method between an enterprise application and a control application performed in an industrial manufacturing system, comprising the steps of uploading an Excel file output from the enterprise application to a web conversion tool, and converting the Excel file using the web conversion tool. It includes steps of parsing the file and performing serialization to output the JSON file to the AASX package explorer, and converting the JSON file to an AASX file using the AASX package explorer.

상술한 바와 같이, 본 발명은 엔터프라이즈 및 제어 레벨 애플리케이션을 연결하는 AASX 기반 데이터 교환 솔루션을 제공함으로써, AASX와 Excel 간의 양방향 무손실 데이터 변환을 보장할 수 있다. As described above, the present invention can ensure two-way lossless data conversion between AASX and Excel by providing an AASX-based data exchange solution that connects enterprise and control level applications.

또한, AASX가 데이터 교환의 중개자 역할을 하므로 엔터프라이즈 및 제어 애플리케이션을 분리시키는 데이터 사일로 현상을 효과적으로 제거할 수 있다. Additionally, because AASX acts as an intermediary for data exchange, it can effectively eliminate data silos that separate enterprise and control applications.

도 1 : 제조 자산을 Industry 4.0 구성 요소로 변환하는 AAS
도 2 : AASX 형식의 AAS 메타 모델 및 직렬화
도 3 : 하드웨어와 소프트웨어를 연결하는 중간 AASX 인터페이스
도 4 : AASX 패키지 탐색기 및 OPC UA 및 REST를 통해 액세스되는 AASX 정보
도 5 : 엔터프라이즈 및 제어 응용 프로그램 간의 데이터 교환을 위한 AASX 솔루션
도 6 : AASX에서 Excel로 또는 그 반대로 데이터 변환
도 7 : 모터 제어 시나리오를 위한 데이터 교환
도 8 : AASX 패키지 탐색기에 표시되는 AASX 모델 및 해당 속성
도 9 : 모터 제어 시나리오의 데이터 교환 결과
도 10 : 본 발명에 따른 데이터 상호 운용 방법의 순서도
Figure 1: AAS transforming manufacturing assets into Industry 4.0 components
Figure 2: AAS metamodel and serialization in AASX format
Figure 3: Intermediate AASX interface connecting hardware and software
Figure 4: AASX Package Explorer and AASX information accessed via OPC UA and REST
Figure 5: AASX solution for data exchange between enterprise and control applications
Figure 6: Converting data from AASX to Excel and vice versa
Figure 7: Data exchange for motor control scenarios
Figure 8: AASX model and its properties displayed in AASX Package Explorer
Figure 9: Data exchange results for motor control scenario
Figure 10: Flow chart of data interoperability method according to the present invention

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The configuration of the present invention and its operational effects will be clearly understood through the detailed description below.

본 발명의 실시예에서 고급 및 중간 수준의 제어 애플리케이션 간의 데이터 상호 연결에 초점을 맞춘다. 기존 엔터프라이즈 애플리케이션은 일반적으로 파일 기반 방식(예: Excel 스프레드시트)을 사용하여 정보를 교환하는 반면, 제어 애플리케이션은 항상 이더넷 기반 프로토콜(예: OPC UA)을 지원한다. AASX는 OPC UA를 통한 데이터 통신을 지원할 수 있다. 정보 시맨텍스(의미론)는 데이터 상호 운용성을 보장하기 위해 AASX에서 구현된다.Embodiments of the invention focus on data interconnection between high-level and mid-level control applications. Traditional enterprise applications typically use file-based methods (e.g. Excel spreadsheets) to exchange information, while control applications always support Ethernet-based protocols (e.g. OPC UA). AASX can support data communication via OPC UA. Information semantics are implemented in AASX to ensure data interoperability.

AAS 및 AASX에 대한 배경Background on AAS and AASX

도 1에서 볼 수 있듯이 AAS는 정보 및 기능에 대한 균일한 액세스를 허용하여 제조 회사의 애플리케이션 간의 상호 운용성을 용이하게 하는 산업 애플리케이션이 있는 자산의 표준화된 디지털 표현이다. AAS는 자산의 고유 속성, 운영 매개변수 및 기술 기능을 포함하여 자산에 대한 주요 정보를 캡처하는 상호 운용 가능한 방법을 제공한다. 다른 Industry 4.0 구성 요소와 표준화되고 안전한 통신 링크를 통해 직접적인 상호 작용을 가능하게 한다.As seen in Figure 1, AAS is a standardized digital representation of assets with industrial applications that facilitates interoperability between applications in manufacturing companies by allowing uniform access to information and functionality. AAS provides an interoperable way to capture key information about an asset, including its unique attributes, operating parameters, and technical capabilities. It enables direct interaction through standardized and secure communication links with other Industry 4.0 components.

AAS의 구조는 AAS 사양의 Part 1에 정의되어 있다. 도 2(a)와 같이 AAS 메타 모델에는 'AssetInformation'의 특정 측면을 정의하는 'Submodel'이 있다. 'Submodel'은 자산 정보를 예를 들어 'Property'로 조직하는 'SubmodelElement'를 포함한다. 'Property' 정의는 CDD(Common Data Dictionary) 또는 ECLASS와 같은 의미론적 'DataSpecification'을 참조하는 'ConceptDescription'의 정의와 연결된다. AAS 모델 요소는 IRI(Internationalized Resource Identifier), IRDI(International Registration Data Identifier) 및 사용자 지정 ID를 포함한 여러 유형의 식별자(ID)를 허용한다. 이들은 목적에 따라 단일 AAS 내에서 또는 회사 내(또는 회사 외부로 확장되는) AAS 네트워크에서 요소를 식별한다.The structure of AAS is defined in Part 1 of the AAS specification. As shown in Figure 2(a), the AAS meta model has a 'Submodel' that defines specific aspects of 'AssetInformation'. 'Submodel' contains 'SubmodelElement' which organizes asset information into 'Property' for example. The definition of 'Property' is linked to the definition of 'ConceptDescription', which references a semantic 'DataSpecification' such as the Common Data Dictionary (CDD) or ECLASS. AAS model elements accept several types of identifiers (IDs), including Internationalized Resource Identifier (IRI), International Registration Data Identifier (IRDI), and custom IDs. Depending on their purpose, they identify elements within a single AAS or across an AAS network that extends within the company (or outside the company).

현재 AAS는 Industry 4.0 이니셔티브 내에서 유망한 개념으로 간주된다. 정보 통신 기술은 AAS의 실제 사용을 촉진한다. 학계와 산업계의 AAS에 대한 최신 연구는 일반적으로 특정 사례에 초점을 맞추고 있는데, AAS 구현 방법이 다르다. AutomationML, OPC UA 및 RDF(Resource Description Framework)와 같은 웹 온톨로지 언어가 사용되었다. AAS 구현을 위해서는 표준화된 가이드라인(또는 합의된 기술적 접근)이 시급하다.Currently, AAS is considered a promising concept within Industry 4.0 initiatives. Information and communication technologies facilitate the practical use of AAS. Current research on AAS in academia and industry generally focuses on specific cases, with different AAS implementation methods. Web ontology languages such as AutomationML, OPC UA, and RDF (Resource Description Framework) were used. Standardized guidelines (or agreed upon technical approaches) are urgently needed to implement AAS.

도 2(b)와 같이 AASX 파일은 AAS 메타 모델에 따라 AAS 자체, 하위 모델 요소, 속성, 개념 설명 및 추가 파일을 포함한 AAS 정보를 구조적으로 견고한 방식으로 캡슐화한다. 데이터 상호 운용성에 대한 기존 엔지니어링 접근 방식(예: AutomationML)과 비교하여 AASX는 필드 수준 하드웨어 자산(예: 모터)에 연결할 뿐만 아니라 엔터프라이즈 수준 애플리케이션(예: ERP)에 데이터 통합을 가능하게 하고 이러한 소프트웨어 응용 프로그램 간의 데이터 전송을 촉진한다. 명확한 데이터 의미 체계가 보장된다. 전체 자동화 피라미드의 모든 하드웨어와 소프트웨어는 네트워크로 연결된 비계층적 시스템에서 상호 연결될 수 있으므로 균일한 AASX 인터페이스를 통해 정보를 교환할 수 있다. 도 3에서 볼 수 있듯이 필드 하드웨어, 제어 소프트웨어, 엔터프라이즈 및 관리 애플리케이션은 데이터 인터페이스가 다양하지만 중간 AASX 인터페이스에 연결할 수 있다.As shown in Figure 2(b), the AASX file encapsulates the AAS information, including the AAS itself, sub-model elements, properties, concept descriptions, and additional files, in a structurally sound manner according to the AAS metamodel. Compared to traditional engineering approaches to data interoperability (e.g. AutomationML), AASX not only connects to field-level hardware assets (e.g. motors), but also enables data integration into enterprise-level applications (e.g. ERP) and enables these software applications. Facilitates data transfer between programs. Clear data semantics are guaranteed. All hardware and software in the entire automation pyramid can be interconnected in a networked, non-hierarchical system and thus exchange information through a uniform AASX interface. As shown in Figure 3, field hardware, control software, enterprise and management applications can connect to the intermediate AASX interface, although the data interfaces vary.

IDTA(Industrial Digital Twin Association)는 AAS 정보를 생성, 편집 및 볼 수 있는 일련의 AASX 기반 오픈 소스 애플리케이션을 개발했다. 이러한 응용 프로그램을 통해 사용자는 AAS가 어떻게 구성되고 정보가 액세스 및 교환되는지 직관적으로 이해할 수 있다. 애플리케이션에는 서로 다른 AAS 데이터 액세스 방법이 있으며, 모두 AAS 사양의 파트 1 및 2에 따른다. The Industrial Digital Twin Association (IDTA) has developed a series of AASX-based open source applications for creating, editing, and viewing AAS information. These applications allow users to intuitively understand how AAS is organized and information is accessed and exchanged. Applications have different ways to access AAS data, all of which follow Parts 1 and 2 of the AAS specification.

아래에는 두 가지 주요 응용 프로그램이 요약되어 있으며 그 중 첫 번째는 AASX 패키지 탐색기이다. 이 C# 기반 AAS 편집기는 AASX 정보를 조작하고 REST(representational state transfer), MQTT(Message Queueing Telemetry Transport) 및 OPC UA를 비롯한 여러 API(응용 프로그래밍 인터페이스)를 구현한다. 이러한 API를 사용하면 다른 애플리케이션에서 AASX 정보에 액세스할 수 있다. 보안 메커니즘(예: 토큰 기반 인증)도 내장되어 있다. 도 4(a)의 AASX 패키지 탐색기에 표시된 것처럼 자산 및 해당 AAS 정보는 OPC UA 클라이언트(예: UaExpert)에서 액세스 및 탐색할 수 있다[도 4(b)]. 정보는 웹 브라우저에서 REST 인터페이스를 통해 선택적으로 액세스할 수도 있다. 결과(예: 하위 모델 데이터)는 도 4(c)의 JSON 파일에 표시된다.Below we summarize the two main applications, the first of which is the AASX Package Explorer. This C#-based AAS editor manipulates AASX information and implements several application programming interfaces (APIs), including representational state transfer (REST), Message Queuing Telemetry Transport (MQTT), and OPC UA. These APIs allow other applications to access AASX information. Security mechanisms (e.g. token-based authentication) are also built-in. As shown in the AASX package explorer in Figure 4(a), assets and their AAS information can be accessed and explored by an OPC UA client (e.g. UaExpert) [Figure 4(b)]. Information can also be optionally accessed through a REST interface in a web browser. Results (e.g. submodel data) are displayed in the JSON file in Figure 4(c).

두 번째 응용 프로그램, 즉 AASX 서버는 AASX 패키지 탐색기에서 파생된다. AASX 서버는 AAS 정보(AASX 모델)를 호스팅하는 서버를 구현하는 C# 기반 프로그램이다. AASX 서버는 REST, MQTT 및 OPC UA 프로토콜을 통해 액세스할 수 있다. 보안 액세스가 보장된다.The second application, AASX Server, is derived from AASX Package Explorer. AASX Server is a C#-based program that implements a server hosting AAS information (AASX models). AASX servers can be accessed via REST, MQTT and OPC UA protocols. Secure access is guaranteed.

그러나 이 두 프로그램은 개인용 컴퓨터와 같은 고급 장치에서만 작동한다. 사용자별 애플리케이션에 통합하고 리소스가 제한된 장치에 배포하기 전에 먼저 AASX 모델을 XML(확장 가능한 마크업 언어) 또는 JSON(JavaScript Object Notation)과 같은 기계가 해석할 수 있는 데이터 형식으로 변환해야 한다. 이 기능은 AASX 패키지 탐색기에 포함되어 있다. 이전 연구에서 본 출원인은 AASX를 로봇 기반 제조 시스템에 적용했다. 현장 수준 로봇의 런타임 데이터를 AASX 모델에 매핑하고 클라우드의 웹 애플리케이션과 데이터 통신을 위해 모델을 OPC UA에 통합했다.However, these two programs only work on high-end devices such as personal computers. Before integrating into user-specific applications and deploying to devices with limited resources, AASX models must first be converted to a machine-interpretable data format, such as Extensible Markup Language (XML) or JavaScript Object Notation (JSON). This feature is included in the AASX Package Explorer. In previous research, the applicant applied AASX to a robot-based manufacturing system. Runtime data from field-level robots were mapped to an AASX model and the model was integrated into OPC UA for data communication with a web application in the cloud.

AASX 구현에 중점을 둔 여러 오픈 소스 프로젝트가 GitHub 저장소에 나열되어 있다. 예를 들어 'java-serializer' 프로젝트는 JAVA 클래스를 AASX 인스턴스로/부터 직렬화/역직렬화하는 반면, 'aas-transformation-library' 프로젝트는 AutomationML 모델을 AASX 모델로 변환한다. 결과는 JSON 형식으로 표시된다.Several open source projects focusing on AASX implementation are listed in the GitHub repository. For example, the 'java-serializer' project serializes/deserializes JAVA classes to/from AASX instances, while the 'aas-transformation-library' project converts AutomationML models to AASX models. Results are displayed in JSON format.

엔터프라이즈 및 제어 애플리케이션을 위한 AASX 데이터 교환 방법AASX data exchange method for enterprise and control applications

먼저 기업 및 제어 응용 프로그램이 직면한 데이터 교환 문제를 제시한 다음 AASX와 Excel 간의 데이터 변환 솔루션을 제안하고 마지막으로 데이터 변환 단계를 자세히 설명한다.We first present the data exchange challenges faced by enterprise and control applications, then propose a data conversion solution between AASX and Excel, and finally detail the data conversion steps.

A. 문제A. Problem

다음 제조 시나리오를 고려한다. 현장 장치는 특정 작업을 수행하고 대량의 생산 데이터를 생성한다. 제어 시스템은 수집된 데이터를 분석을 위해 엔터프라이즈 애플리케이션으로 전송한다. 그런 다음 엔터프라이즈 프로그램은 제조 스케줄을 만들고 제어 시스템에 현장 장치가 수행할 새로운 생산 작업을 처리하도록 지시한다. 이러한 양방향 정보 교환을 위해 엔터프라이즈 수준 응용 프로그램은 일반적으로 엑셀(Excel)과 같은 파일 기반 인터페이스를 사용하는 반면 제어 수준 시스템은 OPC UA와 같은 산업용 통신 인터페이스를 사용하기 때문에 기업 응용 프로그램과 제어 시스템 간의 일관된 데이터 교환이 부족하다. AASX는 OPC UA를 통한 데이터 통신을 지원할 수 있다. AASX 데이터 형식은 엔터프라이즈 애플리케이션과 제어 시스템 간의 중개자 역할을 할 수 있다. 남은 유일한 과제는 AASX와 Excel 간의 데이터 변환이다.Consider the following manufacturing scenario: Field devices perform specific tasks and generate large amounts of production data. The control system transmits the collected data to enterprise applications for analysis. The enterprise program then creates a manufacturing schedule and instructs the control system to process new production tasks for field devices to perform. For this two-way information exchange, enterprise-level applications typically use file-based interfaces such as Excel, while control-level systems use industrial communication interfaces such as OPC UA, ensuring consistent data between enterprise applications and control systems. There is not enough exchange. AASX can support data communication via OPC UA. The AASX data format can act as an intermediary between enterprise applications and control systems. The only remaining task is data conversion between AASX and Excel.

B. 해결책B.Solution

위의 시나리오에서 전체 양방향 정보 교환은 도 5에 나와 있다. 본 발명은 양방향 정보 교환을 허용하는 AASX 솔루션을 설계했다. AASX 솔루션은 다음과 같이 구현된다. 하향식 작업을 통해 제어 시스템에서 수집한 모든 현장 자산 정보와 데이터는 먼저 AASX 패키지 탐색기를 사용하여 AASX 파일로 변환된다. 그런 다음 웹 변환 도구를 사용하여 AASX 파일에서 Excel로 데이터를 변환한다. 마지막으로 Excel 파일을 엔터프라이즈 응용 프로그램으로 가져온다. 위에서 아래로 변환 도구는 엑셀 데이터를 AASX 형식으로 변환한다. 본 발명은 종래 기술에서 OPC UA를 통해 AASX 데이터 통신을 달성했기 때문에 데이터 변환에 중점을 둔다. 또한 Excel 파일 가져오기/내보내기는 특정 산업 엔터프라이즈 수준 응용 프로그램의 범위 내에 있으므로 여기에서 고려하지 않는다.The entire two-way information exchange in the above scenario is shown in Figure 5. The present invention has designed an AASX solution that allows two-way information exchange. The AASX solution is implemented as follows: All field asset information and data collected from the control system through top-down operations are first converted to AASX files using the AASX Package Explorer. Then convert the data from the AASX file to Excel using a web conversion tool. Finally, import the Excel file into your enterprise application. From top to bottom, the conversion tool converts Excel data to AASX format. The present invention focuses on data conversion because AASX data communication has been achieved through OPC UA in the prior art. Additionally, Excel file import/export is within the scope of certain industry enterprise level applications and is therefore not considered here.

C. 데이터 변환 단계C. Data conversion step

도 6은 AASX와 Excel 간의 데이터 변환 프로세스와 웹 변환 도구의 설계 프로세스를 보여준다. 솔루션 설계의 요구 사항은 소스와 대상 간의 양방향 및 무손실 데이터 변환을 실현하는 것이다. 이 도구에는 Python으로 작성된 두 개의 독립적인 구문 분석 프로그램이 있다. 한 도구는 AASX 모델(JSON 파일)을 구문 분석하여 올바른 형식의 Excel 파일을 생성하고 다른 도구는 반대 기능을 수행한다. 두 개의 Python 프로그램은 GitHub 저장소에 보관되어 있다.Figure 6 shows the data conversion process between AASX and Excel and the design process of the web conversion tool. The requirement for solution design is to realize bidirectional and lossless data transformation between source and destination. The tool has two independent parsing programs written in Python. One tool parses the AASX model (JSON file) to produce a properly formatted Excel file, and the other tool performs the opposite function. The two Python programs are stored in a GitHub repository.

1) AASX를 엑셀로 변환 1) Convert AASX to Excel

도 6의 상단과 같이 먼저 AASX 패키지 탐색기를 이용하여 AASX 파일(도 6의 1번)을 준비한다. 이 파일은 AASX 패키지 탐색기의 모델링 규칙을 사용하여 유효성을 검사해야 한다. 그렇지 않으면 경고 또는 오류 메시지가 나타난다. 둘째, AASX 파일을 AASX 패키지 탐색기에서 지원하는 JSON 파일(2번)로 내보낸다. 셋째, JSON 파일은 JSON 데이터를 Python 객체로 역직렬화하는 웹 변환 도구에 업로드된다. 마지막으로 Python 프로그램은 구문 분석된 AASX 정보를 저장하기 위한 계층 구조를 갖는 미리 지정된 Excel 템플릿(No. 4)을 기반으로 Excel 파일(No. 3)을 출력한다. 세 번째 단계에서 도구는 JSON 파일에 있는 AASX 모델의 모든 요소를 구문 분석한다. 표 1은 Excel 파일로 출력되는 항목을 보여준다. 구체적으로, 표 1(a)는 AASX 파일의 주요 요소를 나열하고, 표 1(b)는 AASX 요소에 대한 식별 정보를 나열하고, 표 1(c)는 AASX 파일에서 'ConceptDescription'의 의미 내용을 나열한다.As shown at the top of FIG. 6, first prepare the AASX file (number 1 in FIG. 6) using the AASX package explorer. This file must be validated using the AASX Package Explorer's modeling rules. Otherwise, a warning or error message appears. Second, export the AASX file as a JSON file (number 2) supported by the AASX Package Explorer. Third, the JSON file is uploaded to a web conversion tool that deserializes the JSON data into Python objects. Finally, the Python program outputs an Excel file (No. 3) based on a pre-specified Excel template (No. 4) with a hierarchical structure for storing the parsed AASX information. In the third step, the tool parses all elements of the AASX model in the JSON file. Table 1 shows the items output as an Excel file. Specifically, Table 1(a) lists the main elements of the AASX file, Table 1(b) lists identifying information for the AASX elements, and Table 1(c) lists the semantic content of 'ConceptDescription' in the AASX file. List.

2) 엑셀을 AASX로 변환2) Convert Excel to AASX

역 절차는 다음과 같이 간략하게 설명될 수 있다. 도 6의 맨 아래에 표시된 것처럼 Excel 템플릿은 엔터프라이즈 응용 프로그램의 데이터로 채워져 있다. 그런 다음 변환을 위해 Excel 파일(5번)이 웹 도구에 업로드된다. Python은 Excel 파일을 파싱하여 직렬화를 수행하고 결과를 JSON 파일(6번)로 출력한다. 마지막으로 AASX 패키지 탐색기는 JSON 파일을 로드하고 AASX 정보를 AASX 파일(No. 7)로 저장한다. 이 도구는 미리 지정된 Excel 템플릿의 요구 사항을 충족하는 파일만 처리할 수 있다.The reverse procedure can be briefly described as follows. As shown at the bottom of Figure 6, the Excel template is populated with data from the enterprise application. The Excel file (number 5) is then uploaded to the web tool for conversion. Python parses the Excel file, performs serialization, and outputs the results as a JSON file (number 6). Finally, the AASX package explorer loads the JSON file and saves the AASX information as an AASX file (No. 7). This tool can only process files that meet the requirements of predefined Excel templates.

테스트 케이스: 모터 제어Test Case: Motor Control

제조 시나리오가 주어지면 모터 제어 시스템과 엔터프라이즈 애플리케이션 간의 실제 데이터 교환의 예를 제공한다. AASX 솔루션을 검토하고 AASX와 Excel 간의 무손실 데이터 변환을 보여준다. 여기서 엔터프라이즈 또는 모터 제어 애플리케이션은 개발하지 않는다. Given a manufacturing scenario, we provide an example of real-world data exchange between a motor control system and an enterprise application. Reviews the AASX solution and demonstrates lossless data conversion between AASX and Excel. No enterprise or motor control applications are being developed here.

A. 데이터 교환 시나리오A. Data Exchange Scenario

모터 제어를 위한 데이터 교환 시나리오는 도 7에 나와 있다. 특정 모터 작동 후 제어 시스템은 모터의 작동 데이터(예: 회전 속도)를 엔터프라이즈 애플리케이션으로 보내야 한다. 기업은 데이터를 수집, 분석하고 모터 제어 시스템에 새로운 명령(예: 제어 모드)을 보낸다. 그러면 모터가 새로운 작업을 수행할 수 있다. 자세한 AASX 모델 정보는 다음에 소개한다.The data exchange scenario for motor control is shown in Figure 7. After operating a specific motor, the control system must send the motor's operating data (e.g. rotational speed) to the enterprise application. Companies collect data, analyze it, and send new commands (e.g. control modes) to the motor control system. The motor can then perform new tasks. Detailed AASX model information is introduced below.

B. AASX 모델B. AASX Model

도 8은 AASX 패키지 탐색기의 모터 제어 시스템 모델을 보여준다. AASX 모델은 데이터 교환의 예에서 벤치마킹 파일 역할을 한다. 파일에는 엔터프라이즈 애플리케이션과 모터 제어 시스템 간에 교환될 모든 AAS 정보가 포함되어 있다. 본 발명에 따른 AASX 모델은 사용자가 자신의 AASX 모델을 만들기 위해 따라야 하는 모든 분야/규칙을 보여주는 IDTA에서 제공한 공식 AASX 예제를 기반으로 만들어졌다. 이 AASX 예는 정교하고 포괄적이며 데이터 변환 솔루션의 효율성을 검증할 수 있기 때문에 채택한다. Figure 8 shows the motor control system model in the AASX package explorer. The AASX model serves as a benchmarking file in the example of data exchange. The file contains all AAS information to be exchanged between the enterprise application and the motor control system. The AASX model according to the present invention was created based on the official AASX example provided by IDTA, which shows all the disciplines/rules that users must follow to create their own AASX model. We adopt this AASX example because it is sophisticated, comprehensive, and allows us to verify the effectiveness of the data transformation solution.

도 8의 상단에서 볼 수 있듯이 AASX 모델은 'ServoDCMotor' 자산에 대한 AAS 'ExampleMotor'를 설명한다. AAS에는 다양한 분야에서 사용되는 모터의 특성과 용량을 설명하는 5개의 잘 정의된 하위 모델이 포함되어 있다. '식별'에는 공급자 정보(예: 제조업체 이름)가 포함된다. 'TechnicalData'는 모터의 기술 매개변수(예: 최대 토크)를 정의한다. 'OperationalData'에는 모터의 런타임 매개변수(예: 회전 속도)가 포함된다. '문서'는 자산의 문서(예: 운용 매뉴얼)를 저장 및 분류한다. 위의 네 가지 하위 모델은 자산을 설명하는데 필수적이다. 마지막 하위 모델인 'EnterpriseData'는 'ControlMode'라는 'SubmodelEelement' 또는 'Property'가 포함된 모터 제어 시나리오에 맞게 사용자 지정된다. 기업 사용자는 이것을 사용하여 모터 작동을 제어한다.As can be seen at the top of Figure 8, the AASX model describes AAS 'ExampleMotor' for asset 'ServoDCMotor'. AAS includes five well-defined sub-models that describe the characteristics and capacities of motors used in various fields. ‘Identification’ includes supplier information (e.g. manufacturer name). 'TechnicalData' defines the technical parameters of the motor (e.g. maximum torque). 'OperationalData' contains the runtime parameters of the motor (e.g. rotational speed). ‘Document’ stores and classifies asset documents (e.g. operation manuals). The above four sub-models are essential for describing assets. The last submodel, 'EnterpriseData', is customized for the motor control scenario, containing a 'SubmodelEelement' or 'Property' called 'ControlMode'. Enterprise users use it to control motor operation.

도 8의 하단은 'ControlMode'의 세부 속성(예: 시맨틱 ID 및 내용)을 보여준다. 의미론적 ID는 'SubmodelElement'를 해당 정의(예: 'ConceptDescription')에 연결한다. 또한 'ConceptDescription'에는 'SubmodelElement'의 의미론적 설명이 포함되어 있다. 의미론적 'DataSpecifications'(즉, 속성의 형식적이고 공통적이며 모호하지 않은 정의를 허용하는 ECLASS 및 IEC 61360과 같은 데이터 표준)를 참조할 수 있다. 표준에서 적절한 정의를 찾을 수 없는 경우 사용자는 IEC 61360을 확장하여 공개 'DataSpecification'을 만들고 참조할 수 있다. 속성에는 데이터 값과 값 유형이 있어야 한다. AASX 모델에 첨부된 보충 파일은 변환할 필요가 없으며 변환 도구에서 작업하지 않는다.The bottom of Figure 8 shows detailed properties (e.g. semantic ID and content) of 'ControlMode'. The semantic ID links 'SubmodelElement' to its definition (e.g. 'ConceptDescription'). Additionally, 'ConceptDescription' includes the semantic description of 'SubmodelElement'. You may refer to semantic 'DataSpecifications' (i.e. data standards such as ECLASS and IEC 61360 that allow formal, common and unambiguous definitions of properties). If a suitable definition cannot be found in the standard, users can extend IEC 61360 to create and reference a public 'DataSpecification'. An attribute must have a data value and a value type. Supplementary files attached to the AASX model do not need to be converted and will not work with the conversion tool.

C. 데이터 교환 결과C. Data exchange results

모터 제어 시나리오의 데이터 교환 결과는 도 9에 나와 있다. AASX에서 Excel로 예제 AASX 모델을 먼저 JSON 파일로 내보낸다. 도 9(a)는 JSON 파일에서 변환된 Excel 파일의 추출을 보여준다. 추출에는 모터의 AAS, 하위 모델 및 속성이 포함된다. 이 Excel 파일을 엔터프라이즈 응용 프로그램으로 추가로 가져올 수 있다. 한편, 엑셀에서 AASX로 변환할 때는 1차 라운드에서 생성된 엑셀 파일을 입력으로 사용한다. 도 9(b)는 Excel 파일에서 변환된 JSON 파일을 추출한 것이다. 이 JSON 데이터 블록에는 모터의 AAS 하위 모델 'EnterpriseData'에 대한 정보가 포함되어 있다. JSON 파일을 가져와서 AASX 패키지 탐색기에 표시할 수 있다. The data exchange results of the motor control scenario are shown in Figure 9. AASX to Excel First export the example AASX model as a JSON file. Figure 9(a) shows the extraction of an Excel file converted from a JSON file. The extraction includes the motor's AAS, submodels, and properties. This Excel file can be further imported into enterprise applications. Meanwhile, when converting from Excel to AASX, the Excel file created in the first round is used as input. Figure 9(b) is an extracted JSON file converted from an Excel file. This JSON data block contains information about the motor's AAS submodel 'EnterpriseData'. You can import a JSON file and display it in the AASX Package Explorer.

생성된 JSON 파일을 AASX 모델에서 내보낸 원본 JSON 파일과 비교한 결과 양방향 변환 후 데이터 손실이 발견되지 않았다. 따라서 두 AASX 모델(변환 전과 후)은 동일하다. 이는 변환 도구의 유효성과 엔터프라이즈 및 제어 응용 프로그램 간의 무손실 데이터 교환을 위한 AASX 솔루션의 실행 가능성을 증명한다. 모든 파일은 GitHub 저장소에 업로드되었으며 무료로 사용할 수 있다.Comparing the generated JSON file with the original JSON file exported from the AASX model, no data loss was found after two-way conversion. Therefore, both AASX models (before and after conversion) are identical. This proves the effectiveness of the conversion tool and the viability of the AASX solution for lossless data exchange between enterprise and control applications. All files have been uploaded to the GitHub repository and are free to use.

온라인 변환 도구를 사용하여 성공적으로 변환하려면 AASX 파일을 준비할 때 특정 규칙을 따라야 한다. 예를 들어 속성의 값 유형과 초기 값을 모두 할당해야 한다. 하위 모델의 속성은 해당 'ConceptDescription'에 매핑되어야 하며 'ConceptDescription'의 정의는 비어 있으면 안 된다.To successfully convert using an online conversion tool, you must follow certain rules when preparing your AASX file. For example, you must assign both a property's value type and an initial value. The properties of the submodel must be mapped to the corresponding 'ConceptDescription', and the definition of 'ConceptDescription' must not be empty.

도 10은 본 발명에 따른 엔터프라이즈 애플리케이션과 제어 애플리케이션 간의 데이터 상호 운용 방법의 순서도를 나타낸 것이다. Figure 10 shows a flowchart of a data interoperability method between an enterprise application and a control application according to the present invention.

도 10에 도시된 각 단계는 엔터프라이즈 시스템과 제어 시스템을 포함하는 통합적인 산업 제조 시스템에서 수행된다. 이때 산업 제조 시스템의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 각 단계가 수행될 수 있다. Each step shown in Figure 10 is performed in an integrated industrial manufacturing system including an enterprise system and a control system. At this time, each step may be performed by hardware or software of the industrial manufacturing system.

여기서, 엔터프라이즈 시스템과 제어 시스템은 각각 하드웨어 및 소프트웨어로 구성될 수 있는데, 설명의 편의를 위해 엔터프라이즈 시스템과 그 애플리케이션, 제어 시스템과 그 애플리케이션으로 구분하기로 한다. Here, the enterprise system and the control system may be composed of hardware and software, respectively. For convenience of explanation, they will be divided into the enterprise system and its applications, and the control system and its applications.

본 발명의 실시예에서, 산업 제조 시스템을 구성하는 엔터프라이즈 시스템은 전사적자원관리(ERP) 시스템이 될 수 있고, 제어 시스템은 PLC(파워링크통신) 시스템이 될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the enterprise system constituting the industrial manufacturing system may be an enterprise resource planning (ERP) system, and the control system may be a PLC (power link communication) system.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 엔터프라이즈 애플리케이션과 제어 애플리케이션 간의 데이터 상호 운용 방법은 크게 엔터프라이즈 시스템에서 제어 시스템으로의 데이터 흐름과 그 반대의 데이터 흐름으로 구분될 수 있다. Referring to FIG. 10, the data interoperability method between an enterprise application and a control application according to the present invention can be largely divided into data flow from the enterprise system to the control system and vice versa.

도 10의 (a)와 같이, 데이터가 엔터프라이즈 시스템에서 제어 시스템으로 이동되는 경우, 산업 제조 시스템에서 제어 시스템의 제어 애플리케이션이 현장 자산의 데이터를 수집하고(S10), 상기 수집한 현장 자산의 데이터를 AASX 패키지 탐색기를 사용하여 AASX 파일로 변환하고(S20), 상기 AASX 파일을 웹 변환 도구를 이용하여 엑셀 데이터로 변환한 후(S30), 상기 엑셀 데이터를 엔터프라이즈 시스템의 엔터프라이즈 애플리케이션으로 전송한다(S40). As shown in (a) of FIG. 10, when data is moved from the enterprise system to the control system, the control application of the control system in the industrial manufacturing system collects data of field assets (S10), and Convert to an AASX file using the AASX package explorer (S20), convert the AASX file to Excel data using a web conversion tool (S30), and then transfer the Excel data to the enterprise application of the enterprise system (S40). .

도 10의 (b)와 같이, 데이터가 제어 시스템에서 엔터프라이즈 시스템로 이동되는 경우, 산업 제조 시스템에서 엔터프라이즈 시스템의 엔터프라이즈 애플리케이션이 엑셀 데이터를 출력하고(S100), 상기 엑셀 데이터를 웹 변환 도구를 이용하여 JSON 파일로 변환하고(S110), 상기 JSON 파일을 AASX 패키지 탐색기를 사용하여 AASX 파일로 변환한 후(S120), 상기 AASX 파일을 제어 시스템의 애플리케이션으로 전송하면(S130), 제어 애플리케이션이 AASX 파일에 근거하여 현장 자산의 동작을 제어하게 된다. As shown in (b) of FIG. 10, when data is moved from the control system to the enterprise system, the enterprise application of the enterprise system in the industrial manufacturing system outputs Excel data (S100) and converts the Excel data using a web conversion tool. After converting to a JSON file (S110), converting the JSON file to an AASX file using the AASX package explorer (S120), and transmitting the AASX file to the application of the control system (S130), the control application enters the AASX file. Based on this, the operation of field assets is controlled.

인더스트리 4.0에서 요구하는 데이터 상호 운용성 측면에서 AAS는 사이버 애플리케이션과 물리적 장치 간의 긴밀한 상호 작용을 가능하게 하는 디지털화된 접근 방식으로 부상하고 있다. 균일한 AAS 인터페이스가 주어지면 모든 제조 구성 요소(하드웨어 장치 및 소프트웨어 응용 프로그램)를 상호 연결할 수 있다. 완전히 통합된 시스템에서 엔터프라이즈 애플리케이션과 제조 기능은 효율적인 데이터 흐름을 위해 정렬된다. In terms of the data interoperability required by Industry 4.0, AAS is emerging as a digitalized approach that enables closer interaction between cyber applications and physical devices. Given a uniform AAS interface, all manufacturing components (hardware devices and software applications) can be interconnected. In a fully integrated system, enterprise applications and manufacturing functions are aligned for efficient data flow.

그러나 기존 연구는 정보 교환의 의미론적 측면에 거의 관심을 기울이지 않았다. 본 발명은 엔터프라이즈 및 제어 응용 프로그램 간의 강력한 데이터 교환을 보장하기 위해 AASX와 Excel 간의 데이터 변환에 대해 설명한다. 엑셀은 일반적으로 엔터프라이즈 애플리케이션의 비즈니스 관련 데이터를 관리하는데 사용된다. AASX는 예를 들어 OPC UA를 통해 현장 수준 제조 자산과의 데이터 통신을 지원하는 Industry 4.0 AAS 호환 데이터 표현 형식이다. 또한, 정보의 적절한 의미론적 설명은 IEC 61360과 같은 데이터 표준을 참조할 수 있는 AASX 모델에 의해 제공된다. 따라서 AASX와 Excel 간의 양방향 무손실 변환이 가능한 경우 엔터프라이즈 및 제어 응용 프로그램 간의 데이터 상호 운용성이 보장된다.However, existing research has paid little attention to the semantic aspects of information exchange. The present invention describes data conversion between AASX and Excel to ensure robust data exchange between enterprise and control applications. Excel is commonly used to manage business-related data in enterprise applications. AASX is an Industry 4.0 AAS-compliant data representation format that supports data communication with field-level manufacturing assets, for example via OPC UA. Additionally, an appropriate semantic description of the information is provided by the AASX model, which can refer to data standards such as IEC 61360. Data interoperability between enterprise and control applications is therefore ensured when two-way lossless conversion between AASX and Excel is possible.

모터 제어 시나리오를 사용하여 데이터 변환 솔루션을 검증했다. IDTA에서 제공하는 AASX 파일을 기반으로 모터 제어용 AASX 모델을 개발했다. 양방향 변환 중에 데이터가 손실되지 않았다. 본 발명은 데이터 변환에 중점을 두었고 현재 엔터프라이즈 또는 제어 응용 프로그램을 개발하는 것을 목표로 하지 않는다.The data conversion solution was validated using a motor control scenario. An AASX model for motor control was developed based on the AASX file provided by IDTA. No data was lost during the two-way conversion. The invention focuses on data conversion and is not currently aimed at developing enterprise or control applications.

본 발명의 사례 연구는 간단하지만 AASX 기반 데이터 변환 방법의 효율성을 입증한다. 현재 솔루션의 한 가지 한계는 데이터 변환이 작업자에 의해 완료된다는 것이다. 향후 런타임 데이터 변환을 지원할 수 있는 자동 변환 솔루션을 개발할 예정이다. 본 발명은 기업에 적용되어 실제 산업에서 응용 프로그램을 제어할 것이다. AASX와 다른 데이터 형식(예: IEC 62264 B2MML(Business to Manufacturing Markup Language) 간의 변환도 두 조직의 비즈니스 정보 교환을 위해 탐색될 것이다.Our case study is simple but demonstrates the effectiveness of the AASX-based data conversion method. One limitation of current solutions is that data conversion is completed by workers. In the future, we plan to develop an automatic conversion solution that can support runtime data conversion. The present invention will be applied to companies to control applications in actual industries. Conversion between AASX and other data formats, such as IEC 62264 Business to Manufacturing Markup Language (B2MML), will also be explored for the exchange of business information between the two organizations.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. The above description is merely an exemplary explanation of the present invention, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention.

따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.Accordingly, the embodiments disclosed in the specification of the present invention do not limit the present invention. The scope of the present invention should be interpreted in accordance with the scope of the patent claims below, and all technologies within the equivalent scope thereof should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (4)

산업 제조 시스템에서 수행되는 엔터프라이즈 애플리케이션과 제어 애플리케이션 간의 데이터 상호 운용 방법에 있어서,
제어 시스템의 제어 애플리케이션이 현장 자산의 데이터를 수집하는 단계와,
상기 수집한 현장 자산의 데이터를 AASX 패키지 탐색기를 사용하여 AASX 파일로 변환하는 단계와,
상기 AASX 파일을 웹 변환 도구를 이용하여 엔터프라이즈용 파일 데이터로 변환하는 단계와,
상기 엔터프라이즈용 파일 데이터를 엔터프라이즈 시스템의 엔터프라이즈 애플리케이션으로 전송하는 단계를 포함하는 데이터 상호 운용 방법.
In a method of data interoperability between an enterprise application and a control application performed in an industrial manufacturing system,
a control application of the control system collecting data from field assets;
Converting the collected field asset data into an AASX file using the AASX package explorer;
Converting the AASX file into enterprise file data using a web conversion tool;
A data interoperability method comprising transmitting the enterprise file data to an enterprise application of an enterprise system.
산업 제조 시스템에서 수행되는 엔터프라이즈 애플리케이션과 제어 애플리케이션 간의 데이터 상호 운용 방법에 있어서,
엔터프라이즈 시스템의 엔터프라이즈 애플리케이션이 엔터프라이즈용 파일 데이터를 출력하는 단계와,
상기 엔터프라이즈용 파일 데이터를 웹 변환 도구를 이용하여 JSON 파일로 변환하는 단계와,
상기 JSON 파일을 AASX 패키지 탐색기를 사용하여 AASX 파일로 변환하는 단계를 포함하는 데이터 상호 운용 방법.
In a method of data interoperability between an enterprise application and a control application performed in an industrial manufacturing system,
A step where the enterprise application of the enterprise system outputs enterprise file data,
Converting the enterprise file data into a JSON file using a web conversion tool,
A data interoperability method comprising converting the JSON file to an AASX file using an AASX package explorer.
산업 제조 시스템에서 수행되는 엔터프라이즈 애플리케이션과 제어 애플리케이션 간의 데이터 상호 운용 방법에 있어서,
상기 제어 애플리케이션에 의해 수집된 현장 자산의 데이터를 AASX 패키지 탐색기를 이용하여 AASX 파일로 생성하는 단계와,
상기 AASX 패키지 탐색기를 이용하여 상기 AASX 파일을 JSON 파일로 변환하여 웹 변환 도구로 업로드하는 단계와,
상기 웹 변환 도구를 이용하여 상기 JSON 파일에 있는 AASX 모델의 모든 요소를 구문 분석한 후 엑셀 템플릿을 기반으로 엑셀 파일을 생성하여 상기 엔터프라이즈 애플리케이션으로 출력하는 단계를 포함하는 데이터 상호 운용 방법.
In a method of data interoperability between an enterprise application and a control application performed in an industrial manufacturing system,
Creating field asset data collected by the control application as an AASX file using the AASX package explorer;
Converting the AASX file into a JSON file using the AASX package explorer and uploading it to a web conversion tool;
A data interoperability method comprising parsing all elements of the AASX model in the JSON file using the web conversion tool, then generating an Excel file based on an Excel template and outputting it to the enterprise application.
산업 제조 시스템에서 수행되는 엔터프라이즈 애플리케이션과 제어 애플리케이션 간의 데이터 상호 운용 방법에 있어서,
엔터프라이즈 애플리케이션에서 출력된 엑셀 파일이 웹 변환 도구로 업로드되는 단계와,
상기 웹 변환 도구를 이용하여 상기 엑셀 파일을 파싱한 후 직렬화를 수행하여 JSON 파일을 AASX 패키지 탐색기로 출력하는 단계와,
상기 AASX 패키지 탐색기를 이용하여 상기 JSON 파일을 AASX 파일로 변환하는 단계를 포함하는 데이터 상호 운용 방법.
In a method of data interoperability between an enterprise application and a control application performed in an industrial manufacturing system,
Steps in which the Excel file output from the enterprise application is uploaded to the web conversion tool,
Parsing the Excel file using the web conversion tool, performing serialization, and outputting the JSON file to the AASX package explorer;
Data interoperability method comprising converting the JSON file to an AASX file using the AASX package explorer.
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